AWADUKT THERMO SYSTèME PUITS CLIMATIQUE INSTRUCTIONS TECHNIQUES. Bâtiment Automobile Industrie

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1 AWADUKT THERMO SYSTèME PUITS CLIMATIQUE INSTRUCTIONS TECHNIQUES Sous réserve de toutes modifications techniques Bâtiment Automobile Industrie

2 Table des matières 1....Généralités Introduction Avantages du système Le principe La solution puits climatique Les principaux composants Caractéristiques des tubes AWADUKT THERMO Caractéristiques de la tour d aspiration La gamme awadukt thermo Kits AWADUKT THERMO Tubes AWADUKT THERMO DN Raccords AWADUKT THERMO DN Tubes DN Collecteurs DN 315 à Raccords DN Accessoires Démarche conception Dimensionnement et conception La performance Problématique des bâtiments et intérêts du puits climatique Les paramètres influant sur le dimensionnement Retour sur expérience Conseils de mise en oeuvre Généralités Transport stockage sur le chantier Assemblage et coupe Pose des tubes et accessoires Enrobage et remblai Compactage Pose de la tour d aspiration Système de récupération des condensats Passage de mur Contrôle et essais de reception Généralités Contrôle visuel Essai d étanchéité Maintenance et exploitation Généralités Procédés d inspection et de nettoyage Référentiels techniques

3 10....Schéma de principe Dimensions de la tour d aspiration Mise en oeuvre sous espace vert Questionnaire de dimensionnement thermique Questionnaire de dimensionnement mécanique

4 1. Généralités La nouvelle réglementation thermique RT2012 fixe des objectifs ambitieux de réduction des dépenses énergétiques. Elle vise en particulier à limiter les consommations énergétiques des bâtiments en agissant sur la ventilation, le chauffage, la climatisation, la production d eau chaude sanitaire, les éclairages et auxiliaires. La RT 2012 fixe comme objectif à atteindre une moyenne de 50 kwh ep / m 2 /an en Le puits climatique permet de répondre à ces exigences d économie d énergie. En effet, le puits climatique utilise la température du sol pour préchauffer ou rafraîchir l air neuf entrant dans le bâtiment à l aide d un réseau de ventilation enterré dans le sol à quelques mètres de profondeur. Le puits climatique permet de répondre à la problématique du confort thermique et à celle de la qualité de l air des bâtiments auxquelles sont confrontés les architectes et bureaux d études : le puits climatique permet en effet le maintien en période estivale d un débit de ventilation élevé, synonyme du maintien de la qualité de l air, tout en préservant le bâtiment des surchauffes l été. Le puits climatique est une solution passive qui permet d assurer un confort optimal dans le bâtiment et qui contribue aux réductions d énergie. Les abréviations suivantes sont utilisées dans les informations techniques concernant la solution AWADUKT THERMO : VMC = Ventilation Mécanique Contrôlée CTA = Centrale de Traitement de l Air Pictogrammes et logos Consigne de sécurité Information réglementaire Information importante 4

5 1.1 Introduction Le puits climatique est un système géothermique couplé à un système de ventilation. Il permet d assurer un confort optimal dans le bâtiment et il contribue aux réductions d énergie. 1.3 Le principe Le puits climatique consiste à utiliser l inertie thermique du sol pour pré-traiter l air neuf de renouvellement d air du bâtiment. Cette information technique a pour but de guider et d informer l utilisateur sur la solution puits climatique AWADUKT THERMO de REHAU. Ce document n a pas vocation à remplacer les normes ou réglementations en vigueur, ces dernières doivent impérativement être respectées. En été : l air neuf, aspiré à l extérieur, circule dans le puits climatique. Le sol, à cette profondeur, est plus froid que la température extérieure. L air chaud est alors rafraîchit lors de son passage dans le réseau enterré. En hiver : l air neuf, aspiré à l extérieur, circule dans le puits climatique. Le sol, à cette profondeur, est plus chaud que la température extérieure. L air froid est alors réchauffé lors de son passage dans le réseau enterré. Figure 1.1 : Gamme AWADUKT THERMO 1.2 Avantages du système --Surface intérieure des tubes lisse = hygiène, --Rigidité garantissant la rectitude des tubes posés et la tenue aux sollicitations externes, --Tenue aux chocs élevée, --Apte au curage à haute pression, --Système Safety-Lock : étanchéité conforme à la norme NBN EN1277, --Etanche vis-à-vis des gaz présents dans le sol, en particulier le radon, --Système complet comprenant tubes, accessoires et regards, --Garantie d un transfert de chaleur optimisé par la formulation du Polypropylène utilise dans la fabrication, --Paroi compacte, --Couche interne coextrudée à propriétés bactéricides. Le fonctionnement du puits climatique repose sur un principe simple. Néanmoins le puits climatique est une solution technique à part entière. Chaque projet doit être étudié en tous points afin d apporter une performance optimale, REHAU le fait pour vous! 5

6 2. La solution puits climatique 2.1 Les principaux composants 1 1 Colonne d aspiration d air externe 2 Tube échangeurs du puits : AWADUKT THERMO 3 Accessoires AWADUKT THERMO : coudes, culottes, manchons... 4 Regard collecteur de condensats 5 Pièce pour évacuation des condensats en cas de cave ou vide sanitaire 6 Traversée de paroi 7 VMC Le puits climatique est un système de ventilation enterrée, aussi seul des produits spécifiquement développés pour cet usage doivent être utilisés. 2.2 Caractéristiques des tubes AWADUKT THERMO REHAU a fait le choix du POLYPROPYLENE pour sa gamme AWADUKT THERMO. Le polypropylène (PP) est un matériau hautement résistant aux chocs grâce à la liaison de ses éléments de base, carbone et hydrogène, dans une structure de haute cristallinité. Il fait partie de la famille des polyoléfines. Ils sont par nature, alimentaires, et sans émission de COV (composés organiques volatils), ils protègent alors l air que vous respirez. Ce matériau est écologique et 100 % recyclable. Il possède en outre de nombreuses propriétés exceptionnelles qui satisfont parfaitement aux exigences relatives aux puits climatiques. 6

7 Flexible et robuste : Issu des connaissances de notre Centre de Recherches des Polymères, l emploi de PP permet d allier deux caractéristiques primordiales pour la pérennité des réseaux : - Tenue en flexion (conservation du fil d eau), - Résistance permettant le curage haute pression. Résistance aux chocs et aux poinçonnements : Les tubes sont à paroi compacte ce qui leur confère une excellente tenue aux chocs et aux poinçonnements. De plus l utilisation du PP permet des poses même à basse température. Hydraulicité : La surface interne lisse garantit d excellentes propriétés hydrauliques. Les eaux de condensats peuvent ainsi s écouler facilement vers le point bas même en cas de faible pente, évitant donc leur stagnation et donc à terme des odeurs de moisissures. Flexibilité verticale : La tenue à la flexion, associée au module de rigidité, autorise des poses à faible pente. Étanchéité : Trop souvent point faible des systèmes de ventilation enterrée, le système novateur d étanchéité de cette nouvelle gamme va vous permettre d assurer un fonctionnement optimal de votre puits climatique. La gamme des tubes et accessoires est équipée du système Safety-Lock, avec un joint serti conforme à la norme NBN EN étanche à 2.5 bar suivant la norme NBN EN Ce système garantit l étanchéité vis-à-vis des gaz présents dans le sol, en particulier le radon, ou encore les eaux présentes dans le sol comme une nappe phréatique. 7

8 Economie : Les systèmes AWADUKT Thermo se distinguent par plusieurs points forts, comme le faible poids des tubes, une faible force d assemblage et un choix de longueurs adaptées aux diverses contraintes de chantier. Une gamme complète d accessoires est également disponible : coudes, dérivations, doubles manchons, etc. Les caractéristiques mécaniques du tube permettent le réemploi des matériaux extrait en conformité avec les spécifications du fascicule 70 et après vérification mécaniques conformément à la méthode du chapitre 4 du fascicule 70. Ce système permet donc, des économies potentielles considérables (coût fourni/posé) par rapport aux matériaux de tubes traditionnels. 8

9 Performance : AWADUKT THERMO protège l air que vous respirez grâce à une couche intérieure coextrudée dont les propriétés bactéricides ont été scientifiquement prouvées par un laboratoire extérieur. (Laboratoire Fresenius - Avril test selon la name JLS Z Une protection permettant de limiter la prolifération des bactéries jusqu à 99,99% Résultat : - Un air frais protégé, - Brevet européen déposé. L Agion TM est une substance qui freine la prolifération microbienne (bactéries, champignons, algues). La biocompatibilité de l Agion TM a été testée avec succès conformément à la norme ISO Cet additif a été ajouté à la couche intérieure conférant alors aux tubes AWADUKT THERMO ses propriétés bactéricides. Cette technologie est connue et utilisée depuis longtemps par exemple pour les revêtements de sols PVC dans le cadre hospitalier ou encore dans les parois de réfrigérateur haute gamme. 9

10 Tableau 1 : Caractéristiques des tubes de la gamme du puits climatique Description Gamme Couleur DN200 Bleu AWADUKT THERMO à propriétés bactéricides Couleur DN250 DN630 Orange Orange Longueur DN200 DN315 1,3 et 6 m Longueur DN400 DN630 6 m 6 m Technique de raccordement Manchon avec joint à lèvres serti AWADUKT DN630 Programme d accessoires Oui Oui Propriétés bactéricides Oui Non Couleur de la paroi à propriétés Grise bactéricides DN200 Couleur de la paroi à propriétés Transparente bactéricides DN250 DN500 Caractéristiques Densité >0,95 >0,95 Module d élasticité court terme (N/mm 2 ) Allongement (mm/mk) 0,08 0,08 Conductivité thermique (W/mK) 0,28 0,28 Résistance chimique ph 2-12 ph 2-12 Température maximale d air 60 C 60 C Température minimale d air -20 C -20 C Installation Profondeur d enfouissement m 1-3 m Hauteur de colonne d eau maximale 3 m 3 m sans charge Possibilité d installation sous bâtiment 2 Oui Oui Classe de matériau utilisable en enrobage G2 G2 Manchon avec joint à lèvres serti 1 Les conditions de mise en œuvre doivent être validées par un calcul statique selon les spécifications du projet 2 La mis en œuvre du puits climatique sous bâtiment est possible à condition d une étude statique par un bureau d études structures compétent validant cette mise en œuvre spécifique 2.3 Caractéristiques de la tour d aspiration L air extérieur pénètre dans le puits climatique via la tour d aspiration. La tour d aspiration est constituée en trois parties : --La coiffe et son système à baillonette, --Le support pour filtre et sa grille anti-rongeurs, --Le corps de la tour avec son support de fixation. La tour est équipée d un filtre interchangeable G4 ou F6/G2 selon son implantation qui permet de protéger le réseau enterré d éléments extérieurs (pollens, feuilles, ). 10

11 Tableau 2 : Caractéristiques des tours d aspiration DN200, DN250, DN315 Art. Nr Dimensions 1 DN/OD mm Matériau Acier inoxydable V2A Acier inoxydable V2A Acier inoxydable V2A Aspect Dépoli Dépoli Dépoli Hauteur L2 mm Epaisseur mm 0,6 0,6 0,6 Poids kg 12,5 15,5 20,5 Nombre d ailettes N Diamètre extérieur de la coiffe mm Support de fixation s x a x b mm 2 x 400 x x 450 x x 515 x 515 Nombre de trou pour fixation N Diamètre des trous de fixation mm 11,5 11,5 11,5 1 Voir en annexe Tableau 3 : Caractéristiques des tours d aspiration DN400, DN500, DN630 Art. Nr Dimensions 1 DN/OD mm Matériau Acier inoxydable V2A Acier inoxydable V2A Acier inoxydable V2A Aspect Dépoli Dépoli Dépoli Hauteur L2 mm Epaisseur mm 0,6 0,6 0,6 Poids kg Nombre d ailettes N Diamètre extérieur de la coiffe mm Support de fixation s x a x b mm 2 x 600 x x 700 x x 830 x 830 Nombre de trou pour fixation N Diamètre des trous de fixation mm 11,5 11,5 11,5 1 Voir en annexe 11

12 3. La gamme awadukt thermo 3.1 Kits AWADUKT THERMO Chaque kit comprend : 1 tour d aspiration, 3 filtres G4 pour tour diamètre DN200 ou 1 filtre G4 pour DN250 ou plus, 1 tube d 1 mètre, de 9 à 16 tubes de 3 mètres, 5 coudes à 88, 1 manchon à butée, 1 traversée de mur et 250 g de lubrifiant. Les kits avec regard sont adaptés pour les maisons sans sous-sol. Ils comprennent en plus : 1 tube d 1 mètre, 3 coudes à 45, 1 culotte et 1 regard pour collecte des condensats avec son couvercle étanche en fonte. Les kits avec siphon sont adaptés aux maisons avec sous-sol. Ils comprennent en plus : 1 piquage pour condensats et 1 siphon. Réf. Désignation DN/OD Kit 1bis Awadukt Thermo 27 m siphon Kit 2bis Awadukt Thermo 33 m siphon Kit 3bis Awadukt Thermo 39 m siphon Kit 4bis Awadukt Thermo 45 m siphon Kit 5bis Awadukt Thermo 48 m siphon Kit 1 Awadukt Thermo 27 m regard Kit 2 Awadukt Thermo 33 m regard Kit 3 Awadukt Thermo 39 m regard Kit 4 Awadukt Thermo 45 m regard Kit 5 Awadukt Thermo 48 m regard Tubes AWADUKT THERMO DN200 Avec manchon à butée et joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Couche intérieure co-extrudée présentant des propriétés bactéricides. Matériau : RAU-PP 2387/2400 Couleur : RAL 5012 bleu ciel, couche interne grise aluminium Réf. DN/OD BL (mm) d1 (mm) Dmax (mm) t (mm) S1 (mm) Poids (kg/m) Tubes/palette ,8 4, ,8 4, ,8 4,

13 3.3 Raccords AWADUKT THERMO DN 200 Coude AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD a Z1 (mm) Z2 (mm) Poids (kg/u) , , , ,69 Culotte 45 AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) Poids (kg/u) / ,10 Manchon à butée AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD L (mm) D max (mm) t (mm) Poids (kg/u) ,05 Manchon coulissant AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD L (mm) D max (mm) Poids (kg/u) ,00 13

14 Bouchon femelle AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2387/2400 Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD L (mm) Poids (kg/u) , Tubes DN Tube AWADUKT Thermo Avec manchon à butée et joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Couche intérieure co-extrudée présentant des propriétés bactéricides. Matériau : RAU-PP 2387/2400 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD BL (mm) d1 (mm) Dmax (mm) t (mm) S1 (mm) Poids (kg/m) Tubes/palette ,8 6, ,8 6, ,8 6, ,1 10, ,1 10, ,1 10, ,5 16, ,0 25,3 2 Tube AWADUKT Thermo DN 630 Avec manchon à butée et joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD BL (mm) d1 (mm) Dmax (mm) t (mm) S1 (mm) Poids (kg/m) Tubes/palette ,8 46,7 2 14

15 3.5 Collecteurs DN 315 à 630 AWADUKT Thermo collecteurs Couche intérieure coextrudée présentant des propriétés bactéricides. Matériau : RAU-PP 2387/2400 Couleur : brun orangé (bleu ciel pour les branches en DN 200) Réf. Collecteur DN Piquage dn Nombre piquage poids (kg/u) L1 (mm) L2 (mm) BL (mm) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , AWADUKT Thermo collecteurs DN 630 Matériau : RAU-PP 2387/2400 Couleur : brun orangé (bleu ciel pour les branches en DN 200) Réf. Collecteur DN Piquage dn Nombre piquage poids (kg/u) L1 (mm) L2 (mm) BL (mm) , , , , , , , , , , , ,

16 3.6 Raccords DN Coude AWADUKT PP Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD a Z1 (mm) Z2 (mm) Poids (kg/u) , , , , , , , , , , , , , , , , , ,55 Manchon coulissant AWADUKT PP Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD L (mm) D max (mm) Poids (kg/u) , , , , ,60 16

17 Culotte 45 AWADUKT PP Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) Poids (kg/u) / , / , / , / , / , / , / , / , / , / , / , / , / ,70 Manchon à butée AWADUKT PP Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD L (mm) D max mm) Poids (kg/u) t (mm) , , , , ,0 215 Réduction AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD (d1/d2) Z1 (mm) Poids (kg/u) / , / , / , / , / ,00 17

18 Réduction AWADUKT PP Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD (d1/d2) Z1 (mm) Poids (kg/u) / , / , / , / , / ,00 Bouchon AWADUKT Thermo Avec joint serti de type Safety-Lock en EPDM. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : brun orangé Réf. DN/OD (DN/dn) L (mm) Poids (kg/u) , , , , , Accessoires Tour d aspiration AWADUKT Thermo Avec coiffe à lamelles, raccordement sur tubes AWADUKT Thermo DN 200 à DN 630. Matériau : acier poli Réf. DN Hauteur (mm) Poids (kg/u) , , , , , ,00 18

19 Filtre AWADUKT Thermo De type G4 ou F6/G2 selon EN 779 Adaptable sur les tours d aspiration AWADUKT Thermo DN 200 DN 630. Réf. DN Classe G F6/F G F6/F G F6/F G F6/F G F6/F G F6/F2 Piquage pour évacuation des condensats AWADUKT Thermo Pour bâtiments avec sous-sol ou cave. Matériau : RAU-PP 2300 Couleur : RAL 5009 bleu azur et gris (DN 200), autres diamètres en brun-orangé Réf. DN/OD l1 (mm) l2 (mm) t (mm) Poids (kg/u) / , / , / , / , / ,43 Siphon pour piquage pour evacuation des condensats AWADUKT Thermo Matériau : RAU-PP Couleur : blanc et jaune Réf. DN Poids (kg/u) ,25 19

20 AWADUKT Thermo regard pour collecte des condensats Avec plaque de fond et piquage DN 200. Matériau : RAU-PP Couleur : RAL 5009 bleu azur Réf. DN/OD sortie (mm) l 1 (mm) l 2 (mm) l 3 (mm) Poids (kg/m) ,50 Couvercle pour regard de collecte des condensats AWADUKT Thermo Etanche aux eaux de ruissèlement. Matériau : fonte Couleur : RAL 9005 noir Réf. DN/OD Type Dimensions (mm) Poids (kg/u) D x ,00 Bride murale DN 200 DN 630 AWADUKT Thermo A utiliser en cas de nappe phréatique, étanchéité à 3.0 bar max. Matériau : Acier inoxidable, joint en caoutchouc et EPDM. Couleur : bleu Réf. Pour tube DN Poids (kg/u) , , , , , ,00 20

21 Passage de mur pour bride murale AWADUKT Thermo A utiliser en cas de nappe phréatique avec la bride murale AWADUKT Thermo. Matériau : fibrociment Couleur : gris-clair Réf. OD Pour bride murale Poids (kg/u) , , , , , ,00 Traversée de mur AWADUKT Thermo A utiliser en l absence de nappe phréatique. Matériau : RAU-SB 100 (DN200 à DN500), fibrociment (DN630) Couleur : neutre Réf. DN/OD L (mm) Dmax approx. (mm) Poids (kg/u) , , , , , ,50 Lubrifiant Réf. Contenance g g g g 21

22 4. Démarche conception Bien que le puits climatique repose sur un principe simple, c est une solution technique à part entière. Le bon fonctionnement d un puits climatique repose alors sur la maitrise des étapes intervenant aussi bien en phase projet qu en phase d exécution des travaux. Cette démarche est donnée à titre indicative, et ne remplace pas la démarche qualité qui vise à s assurer du fonctionnement de l ouvrage. La démarche d assurance qualité fait intervenir principalement trois acteurs : le maître d ouvrage, le maître d œuvre, l entreprise et le cas échéant un organisme de contrôle. Cette démarche vise en particulier à définir les contrôles préalables à la réception du chantier. Phase Contenu Acteurs Etude de projet --Analyse du bâtiment : évaluation et hiérarchisation des contraintes et définition des besoins énergétiques du bâtiment. --Définition d une stratégie : orientations et principe pour la gestion énergétique du bâtiment. --Conception d un système de puits climatique : dimensionnement du système de ventilation et auxiliaire, et dimensionnement du puits climatique. Mise en œuvre --Terrassement --Mise en œuvre --Remblaiement --Compactage - Bureaux d études - MOA - Maître d œuvre - Entreprise - Fournisseur Réception --Essai et contrôles - Maître d ouvrage - Maître d œuvre - Organisme de contrôle Exploitation --Vérifications, surveillance --Entretien - Exploitant - MOA Tableau 4.1 : Principales étapes de la démarche qualité 22

23 5. Dimensionnement et conception 5.1 La performance Le dimensionnement du système est lié au système de ventilation auquel est connecté le puits climatique. Aussi la performance dépendra de l utilisation principale souhaitée (fonctionnement principal hivernal, estival, mise hors gel du bâtiment) du puits climatique ainsi que du type de ventilation. En été Le confort d été ne peut être obtenu à l aide d une ventilation double flux aussi il est courant d avoir recours à un système de climatisation. La solution puits climatique permet l apport d air frais de façon naturelle permettant des gains énergétiques importants. En effet, le coefficient de performance de cette solution peut être supérieur à 20 alors que les machines de production de froid standard ont un coefficient de performance d environ 3,5. Le puits climatique permet de répondre aux exigences de la RT2012 et contribue à l obtention du label HQE permettant ainsi des économies d énergie et un confort thermique optimal. En hiver Le puits climatique influe directement sur le critère C ep max de la réglementation thermique RT2012 (consommation conventionnelle maximale d énergie primaire en kwh ep /m 2 ) permettant ainsi des économies d énergie jusqu à 20 % sur les consommations de chauffage pour une solution VMC simple flux. Dans ce cas l air est extrait par la VMC simple flux et les entrées d air en menuiserie (fenêtres, ) sont remplacées par un réseau de gaine d insufflation sur lequel est connecté le puits climatique. Les consommations du ventilateur auxiliaire sont faibles par rapport à l énergie récupéré par le puits climatiques aussi cette solution confère une efficience optimale et au meilleur coût. La solution puits climatique couplée à une ventilation mécanique double flux est thermiquement optimale mais onéreuse. Le puits climatique permet dans ce cas d augmenter le rendement de l échangeur de la VMC double flux et d assurer la protection hors gel de celle-ci. En effet, dès que l air insufflé est inférieur à -4 C, du gel se produit dans l échangeur. Le système de ventilation est alors équipé d une batterie électrique permettant la mise hors gel de l échangeur qui se déclenchera par cycle pour dégivrer l échangeur. Dans le cas où aucun système de climatisation n est nécessaire ou autorisé, le puits climatique permet en règle générale de diminuer les périodes de surchauffe (>28 C) par 8 permettant ainsi d améliorer le confort thermique du bâtiment. [ C] [ h ] Air Exterieur Sortie du puit Figure 5.1 : Température en sortie de puits climatique pour une maison dans la zone H1a REHAU a développé un savoir faire unique à l aide de ses installations instrumentées. Notre service technique vous accompagne dans le dimensionnement de la juste solution pour votre projet afin d en optimiser les performances. 23

24 Le puits climatique permet de répondre aux exigences de la RT2012 et contribue à l obtention du label HQE permettant ainsi des économies d énergie et un confort thermique optimal. Le puits climatique contribue directement aux exigences : - Cible N 4 Gestion de l énergie, - Cible N 8 Confort hygrothermique, - Cible N 9 Qualité sanitaire de l air. En période estivale, la baisse des températures de sortie du puits climatique entraîne une augmentation de l humidité relative de l air. Lorsque d autres types de système de refroidissement ou rafraichissement sont utilisés un phénomène de condensation peut apparaitre, un système de déshumidification sera alors nécessaire. 5.2 Problématique des bâtiments et intérêts du puits climatique La nécessité de ventiler Le renouvellement d air des bâtiments est nécessaire pour garantir une bonne qualité de l air. En effet, une ventilation suffisante permet l évacuation de l humidité contenue dans l air, permet d abaisser la teneur en CO 2 de l air, par exemple, dans une salle de classe, d évacuer les COV (composé organiques volatiles) et d assurer l évacuation des apports thermiques internes et solaires pour éviter au bâtiment de surchauffer. Le besoin de ventilation est généralement déterminé selon le type de bâtiment, son usage ou le type de pièces dans les habitations individuelles. Le taux de renouvellement est généralement compris entre 0,5 vol/h et 1vol/h La surchauffe du bâtiment L excédent d apports solaires passifs, l excédent d apports internes et le manque d inertie du bâtiment sont des facteurs contribuant à la surchauffe du bâtiment et donc à son inconfort. L orientation des vitrages ainsi que les dispositifs d occultation solaire sont déterminants. En effet, si les gains solaires sont recherchés en hiver pour faire des économies d énergie, en été on recherche à minimiser cet apport solaire. Le fonctionnement d appareils en continu, l éclairage ou encore la chaleur dégagée par les métabolismes est une cause de surchauffe caractéristique des bureaux et des écoles. De plus, les structures légères ou à ossature bois ont peu d inertie pour amortir les excédents de chaleur interne aussi il est nécessaire d évacuer la chaleur par un débit de ventilation suffisant. Le puits climatique est une solution permettant de maintenir un débit suffisant pour assurer l évacuation des excédents de chaleur interne et l apport d air frais. 24

25 5.3 Les paramètres influant sur le dimensionnement Introduction Le puits climatique est un réseau de tubes enterrés, il répond donc aux équations de la thermique relative aux échangeurs. Il est en effet possible d écrire les équations permettant de calculer le préchauffage ou le rafraichissement de l air quand celui-ci passe à travers un réseau de tubes enterrés. Les équations permettent de calculer : - La température de l air en sortie du puits climatique, - Le transfert de chaleur ente le sol et l'air à l intérieur du tube. - Les pertes de charge en fonction de la vitesse de l air et des paramètres spécifiques du système (tour d aspiration, filtres, conduits,...). Le puits climatique est intégré dans la méthode réglementaire RT2012. Méthode de calcul Th-BCE Les bonnes pratiques de conception des puits climatiques sont décrites dans la directive VDI Cette information n a pas pour but de détailler la méthode de calcul mais d informer l utilisateur des paramètres influant sur la performance du système. Une simulation thermique dynamique est recommandée afin de valider la performance du système sur le bâtiment La nature du sol Les propriétés thermiques du sol ont une influence directe sur la performance du puits climatique. En effet la capacité du sol à échanger ses calories avec l air du puits climatiques dépend intimement des propriétés thermiques du sol. Plus un sol à une conductivité thermique élevée plus la température en sortie de puits sera intéressante pour une longueur de tube donnée. Notons que la conductivité thermique d un sol dépend non seulement de sa composition mais également de son hygrométrie (teneur en eau). Le sol apparaît ainsi comme conducteur de chaleur d autant meilleur qu il est humide La localisation géographique Les températures extérieures ainsi que la température du sol sont issues d une base de météorologique caractéristique de différentes régions climatiques en Europe. La température du sol est calculée en fonction de la profondeur d enfouissement des tubes et les caractéristiques thermiques du sol. La courbe résultante est alors de forme sinusoïdale dont : - L amplitude baisse en fonction de la profondeur, - L élévation de la température du sol est retardée suivant la profondeur Modèle paramétrique La température en sortie du puits climatique dépend de nombreux paramètres dont voici les principaux : - Le débit de ventilation (ou taux de renouvellement ainsi que le volume du bâtiment), - La nature du sol, - La localisation géographique, - La longueur des tubes, - Le diamètre des tubes, - La distance entre tubes, - La profondeur d'enfouissement des tubes La longueur des tubes La longueur optimale des tubes constitutifs du puits climatique dépend du débit de ventilation. Les modèles thermiques montrent que pour de faibles débits la température optimale est atteinte assez rapidement, et qu à partir d une certaine longueur lorsque la température de l air à l intérieur du tube se rapproche de la température du sol alors l échange thermique est faible. Il existe alors une longueur économiquement optimale Le débit de ventilation Le débit d air dans les tubes correspond au moins en partie aux besoins de renouvellement d air de la zone à ventiler. Le débit d air influe sur l échange convectif entre l air et la paroi du tube et sur la consommation du ventilateur auxiliaire. Afin d avoir un bon échange thermique et de limiter les pertes de charges, il est préconisé d avoir une vitesse d air entre 1m/s et 3m/s dans les tubes constitutifs du puits climatique et ne doit pas dépasser une vitesse de plus de 7m/s dans les collecteurs. Dimension du tube Tube du puits climatique Collecteur Débit (m 3 /h) pour une vitesse de 2 m/s Débit (m 3 /h) pour une vitesse de 3 m/s Débit (m 3 /h) pour une vitesse de 5 m/s Débit (m 3 /h) pour une vitesse de 7 m/s DN 200/ID DN 250/ID DN 315/ID DN 400/ID DN 500/ID DN 630/ID Tableau 5.1. : Débit de ventillation par diamètre 25

26 5.3.7 Le diamètre des tubes L augmentation du diamètre des tubes entraîne une augmentation de la surface d échange, mais le système n est pas d autant plus efficace car le coefficient d échange convectif qui dépend de la vitesse de l air diminue pour un débit donné. En général pour les débits rencontrés dans le secteur du bâtiment et si de la place est disponible, les tubes constitutifs du puits climatiques seront de diamètre 200 mm ou 250 mm La distance entre tubes Le puits climatique joue le rôle d amortisseur thermique, il lisse en effet l oscillation des températures extérieures en utilisant le sol à proximité des tubes de l échangeur. Il est important d assurer une distance suffisante pour maintenir une interaction faible entre deux tubes adjacents. Une distance entre chaque tube (d axe à axe) de 1 mètre est généralement observée La profondeur d enfouissement des tubes La température du sol en contact avec les tubes de l échangeur dépend de la profondeur d installation. Les variations de température de l air extérieur sont amorties et déphasées par le sol. Ce phénomène est d autant plus important que la profondeur est grande. A partir d une dizaine de mètre de profondeur, la température est quasiment constante. Néanmoins le coût d installation est exponentiel. Ainsi pour des raisons de fiabilité économique, le puits climatique est généralement installé entre 1,5 et 3 mètres de profondeur Calcul des condensats La condensation se produit lorsque la température de rosée de l air est supérieure à la température de paroi intérieure des tubes. Plus l humidité de l air et la température de l air extérieur sont élevées, plus il y aura de la condensation. Ce débit reste généralement faible (environ quelques dizaines de litres par heure). Le système de récupération des condensats (siphon ou pompe de relevage) doit toujours être placé au point bas afin d assurer la bonne évacuation des condensats Pertes de charges Le puits climatique est un réseau aéraulique fonctionnant à l aide d un ventilateur (généralement celui de la VMC ou de la CTA). Un calcul de pertes de charges doit être réalisé pour s assurer qu il n y ait pas une surconsommation électrique. Les pertes de charges linéiques sont calculées comme pour n importe quel autre tube : en fonction des propriétés du matériau, de la taille du tube et de la vitesse de l air. Les pertes de charges singulières peuvent être obtenues à partir d abaques, trouvées par exemple, dans le document COSTIC «pertes de charges dans les conduits aérauliques». Des pertes de charges trop élevées pourront être réduites en prenant une des dispositions suivantes : - Augmenter le diamètre des tubes constitutifs du puits climatique, - Augmenter le nombre de branches du puits climatique, - Diminuer la longueur de tronçon, - Modifier le tracé du puits canadien (en supprimant un maximum de coudes, ). Recommandations : Pour les pavillons résidentiels, REHAU propose un système complet en kit qui s adapte à la majorité des projets. Ils sont disponibles en plusieurs longueurs : 27 ml, 33 ml, 39 ml, 45 ml (puits jusqu à 300 m³/h ) et 48 ml (puits jusqu à 450 m³/h ), en deux versions : avec regard de condensat ou avec siphon. Figure 5.3 : Températures du sol pour les conduits enfouis à des profondeurs différentes [NBN EN 1524] By-pass et thermostat Il est conseillé de raccorder le puits climatique à un by-pass, car en mi-saison, la température extérieure est proche de la température de confort se situant entre 18 et 22 C. Il est donc préférable de déconnecter le puits via un by-pass. Le by-pass permet de contourner le puits par une prise directe d air neuf. Il est généralement piloté par un thermostat se situant à l extérieur du bâtiment. Pour les bâtiments dits tertiaires (école, bureaux, ) dont le débit d air est compris entre 450 m³/h à m³/h, REHAU vous propose un système et un service adaptées aux spécificités de vos projets. Un dimensionnement optimal d un puits climatique doit passer nécessairement par une étude approfondie du site, des conditions climatiques et la construction même du bâtiment. Nos services techniques peuvent vous réaliser une pré-étude. Pour se faire, merci de compléter le questionnaire qui se trouve en annexe et de nous le faire parvenir Autres paramètres L'analyse approfondie du modèle amène à clairement identifier d autres paramètres influant sur la performance du puits climatique. Néanmoins une analyse de sensibilité montre que certains ont peu d influence sur la performance du système. (Par exemple : la conductivité thermique du tube). Conductivité des tubes Efficacité 30 W/m.K 94,1 % 0,3 W/m.K 87,5 % 0,03 W/m.K 49,1 % Tableau 5.4. : Efficacité de l'échange en fonction de la conductivité du tube 26

27 5.4 Retour sur expérience [ C] Introduction REHAU, entreprise éco-responsable apporte son engagement dans l efficience énergétique, en investissant dans de nouvelles agences commerciales qui présentent la particularité d être des structures à basse consommation énergétique. Exemple en France : l agence commerciale de Metz. Cet ensemble de bureaux a été étudié en tous points afin d apporter une très haute performance énergétique. Afin de valider l efficacité d un point de vue thermique et économique du système puits climatique, ce dernier a été instrumenté. Figure 5.5 : Suivi des températures du puits climatique en fonction des températures extérieures Température extérieure ( C) Température en sortie de puits climatique ( C) Température maximum dans le bâtiment ( C) Retour sur investissement Une approche globale est nécessaire afin d avoir une vision réaliste du retour sur investissement. Les coûts globaux représentent les coûts liés à l utilisation, la maintenance, ainsi que les coûts d investissement. Le temps de retour est inférieur à 10 ans pour le bâtiment étudié. Pose des puits climatique de l agence REHAU Metz Caractéristiques du bâtiment : m 2 SCHON, m 3/ h, - Très bien isolé (supérieure aux exigences de la RT2005). Caractéristiques de l environnement : - Modèle climatique : Nancy (54), zone H1, - Type de sol : Terre végétale. Matériaux utilisés : - Tubes du collecteur DN400, - 5 branches DN200 de 36m Performance - Rafraîchissement Fort de notre expérience, nous constatons que l utilisation estivale du puits climatique permet de bénéficier d une température stable située en dessous du seuil de confort, et d extraire les excédents thermiques du bâtiment assurant ainsi un confort thermique optimal. L objectif du puits climatique est de limiter aux maximums les périodes de surchauffe ( Tic 28 C). - Le puits climatique permet un différentiel de température de 10,6 C permettant ainsi de ne pas avoir recours à un système de climatisation. - Le mode rafraîchissement permet à lui seul une économie de 785 kg CO 2 équivalent/an. Figure 5.6 : Calcul de retour sur investissement Solution avec puits climatique ( C) Solution sans puits climatique ( C) Puits climatique et ventilation nocturne Le principal avantage du puits climatique provient d une température de ventilation constamment en dessous du seuil de confort, contrairement à la ventilation directe nocturne qui est utile uniquement lorsque la température extérieure se situe en dessous la température de confort (c est à dire pendant la nuit). Aussi pour être utile au long de la journée, l apport de frais amené par la ventilation nocturne doit être stocké dans le bâtiment, nécessitant l accès à une capacité thermique suffisante. Au contraire, le puits climatique agit directement comme un stock tampon journalier en lissant les variations de température extérieure apportant à tout moment un air rafraichi si bien que le débit de ventilation peut être maintenu tout au long de la journée. L apport de frais par le puits climatique est donc plus régulier que celui de la ventilation nocturne, avec des pointes favorablement repoussées vers les heures les plus chaudes de la journée. L avantage comparatif du puits canadien consiste ainsi principalement dans la possibilité d accéder à de la masse thermique de façon découplée du bâtiment, ce qui peut dans certain cas alléger les contraintes constructives. 27

28 6. Conseils de mise en oeuvre 6.1 Généralités Le calcul statique de résistance mécanique vise à garantir un fonctionnement satisfaisant du puits climatique pendant la durée de vie du bâtiment. La justification du dimensionnement mécanique des tubes se fait en accord avec le chapitre 4 du fascicule 70 en prenant en compte les caractéristiques intrinsèques du matériau, l environnement et les actions appliquées sur l ouvrage en phase chantier et en phase d exploitation. La pose des tubes constitutifs du puits climatique s effectue en fonction de la configuration du terrain et en respectant les règles de mise en œuvre des réseaux gravitaires sans pression : - Le fascicule 70 «Ouvrages d assainissement» auquel doivent se référer les entreprises de terrassement, - La norme Européenne NBN EN 1610 «mise en œuvre et essai des branchements et collecteurs d assainissement», - Le guide du SETRA LCPC «Réalisation des remblais et des couches de formes» Classification des sols Les matériaux sont classés en fonction de leur nature, de leur état hydrique et pour certains d entre eux en fonction de leur comportement sous des sollicitations mécaniques. Par exemple : les paramètres de nature considérés sont les paramètres granulaires (Dmax, % d éléments <80μm, % d éléments <2mm) et les paramètres d argilosité (Indice de plasticité (IP) et valeur au bleu de méthylène (VBS)). Les tableaux de classification des matériaux figurent dans le guide technique pour la réalisation des remblais (Guide GTR) et dans le fascicule 70. Les règles relatives à la prévention des accidents seront mises en place tout au long des travaux. Une mise en œuvre soignée conditionne en grande partie la pérennité de l ouvrage. Pour assurer la pérennité de l ouvrage, des données géotechniques claires sont nécessaires. Sans information sur ces points, les prédimensionnements établis par REHAU ne seront qu indicatifs et sous la responsabilité unique du bureau d études. En aucun cas, la responsabilité de REHAU ne pourra être engagée. Figure 6.1 : Classification des matériaux pour la réalisation des remblais 28

29 6.1.2 Etude géotechnique La mission géotechnique doit inclure : Une prestation d investigations géotechniques permettant de définir : - La nature des différents terrains rencontrés, - Leurs caractéristiques mécaniques et géométriques, - La classification GTR des formations superficielles, - Le niveau d eau relevé dans les sondages. Une étude géotechnique d avant projet (G12) permettant de définir : - Les recommandations pour les terrassements, - Les conditions de réemploi des matériaux, - Les sujétions d exécution, etc. La classification des missions géotechniques figure dans la norme NBN P Transport stockage sur le chantier Transport Les tubes, pièces moulées et bagues d étanchéité AWADUKT THERMO doivent être manipulées avec soin et précaution. Un transport inapproprié et un stockage inadapté peuvent entrainer des dommages ou des déformations des tubes, des pièces et des bagues d étanchéité, qui peuvent à leur tour entrainer des difficultés lors de la pose et compromettre la sécurité de fonctionnement du réseau. Pendant le transport, les tubes en vrac doivent reposer sur toute leur longueur et être sécurisés. Eviter les chocs et les torsions. Tubes de tubes AWADUKT THERMO en palettes : Des engins de manutention adaptés doivent être utilisés pour le chargement et le déchargement des tubes en palettes (élévateur à fourche large par exemple). Les tubes constitutifs du puits climatique ne doivent pas être installés dans un sol pollué. En cas de doutes veuillez vous renseigner auprès des autorités compétentes Définition Figure 6.2 : Définition générale des différentes zones 1 Surface 2 Base du corps de chaussée ou du bâtiment 3 Parois de la tranchée 4 Remblai proprement dit 5 Remblai initial 6 Remblai latéral 7 Assise 8 Lit de pose 9 Fond de tranchée 10 Hauteur de recouvrement 11 Hauteur de l appui 12 Hauteur de l enrobage 13 Profondeur de tranchée a Epaisseur du lit de pose b Epaisseur de l assise c Epaisseur du remblai initial OD est le diamètre extérieur du tube en millimètres c b a 11 OD 12 Tubes et pièces en vrac : Le chargement et déchargement des tubes et pièces en vrac doivent être réalisés manuellement. Ne pas décharger par basculement, ne pas jeter. Eviter de trainer les tubes au sol. Les rayures et les éraflures peuvent entrainer des dommages et défauts d étanchéité des raccords. Les tubes, pièces moulées et autres accessoires de raccordement doivent être contrôlés à la livraison pour s assurer de la conformité aux spécifications de la commande et celle du projet. Les produits doivent toujours être contrôlés à la livraison et immédiatement avant la pose pour garantir l absence de défauts Stockage Tous les produits doivent être stockés de façon appropriée afin d éviter les dommages éventuels et pour garantir la sécurité des personnes. Tubes : - Les tubes doivent être sécurisés contre les chutes, - Eviter d empiler les tubes sur des hauteurs trop importantes pour ne pas surcharger les tubes situés sous la pile, - Par temps froid, poser tous les tubes sur des supports pour les empêcher d adhérer au sol par gel. Les tubes doivent être stockés sur un support de niveau, - Les cadres en bois (emballage des tubes) doivent être empilés «bois sur bois», - Apres déchargement, stocker les différentes longueurs sur une surface plane et les sécuriser contre le déplacement. Veiller à ce qu aucun objet tranchant ou pointu n endommage les tubes, - Les tubes non palettisés empilés par couches doivent être fixés de manière à ne pas rouler et se séparer. Pour tous les DN, la hauteur de la pile ne doit pas dépasser 1 m. 29

30 Manchons : - Les manchons doivent être stockées à plat. Une disposition alternée permet un empilage pratiquement à plat de chaque couche de tubes, - En cas d empilage à l aide de cales intermédiaires en bois, ces dernières doivent mesurer au moins 100 mm de large. Raccords et bagues d étanchéité : - Les matériaux d étanchéité en élastomère doivent être protégés contre les agressions mécaniques et chimiques (huile par exemple), - Toutes les pièces doivent être stockées de façon à éviter tout encrassement. Tour d aspiration : - Les tours d aspiration doivent être stockés sur une surface plane et appropriée pour le stockage, - Les éléments constitutifs des tours ne doivent pas être assemblés avant leur installation sur le massif béton. 6.3 Assemblage et coupe Généralités Les bouchons protecteurs disposés aux extrémités ne doivent être retirés qu au moment de l assemblage des tubes. - Nettoyer le bout uni et le manchon avant assemblage, - Si les tubes ne peuvent être raccordés manuellement, il convient d utiliser des appareils adéquats. Protéger les extrémités des tubes si nécessaire. Raccorder les tubes en appliquant des forces axiales constantes sans surcharge, - Le bout uni doit être inséré entièrement jusqu au fond du manchon (se référer au marquage de profondeur d emboitement qui est sur chaque tube). Figure 6.3 : Exemples de réservation sous les manchons Assemblage - Nettoyer l extrémité biseautée (bout mâle) avec un chiffon pour éliminer toute salissure, - Vérifier la profondeur maximale nécessaire d emboitement en cas de coupe, marquer la profondeur du manchon (profondeur d emboitement) sur le bout mâle avec un marqueur approprié (si cela n a pas été fait en usine), - Nettoyer la bague d étanchéité des salissures éventuelles qui adhéreraient aux lèvres d étanchéité, - Vérifier l absence de dommages sur les bagues d étanchéité. Ne pas utiliser de bagues d étanchéité endommagées, - Enduire le bout male (chanfrein et extrémité) ainsi que la lèvre d étanchéité de lubrifiant REHAU, - Vérifier la profondeur d insertion au moyen du marquage réalisé sur le tube, - Pousser axialement sur les tubes. L assemblage peut être réalisé manuellement à l aide d un levier. Si un levier est utilisé, placer un carré de bois en travers du tube pour une meilleure répartition des forces lors de la poussée, afin d éviter d endommager le tube. Pièce de bois Réservation sous les manchons : Lors de la pose des tubes, des réservations sont à prévoir dans le fond de fouille au droit des manchons pour permettre un raccordement conforme et garantir l appui continue du tube. Ces réservations ne doivent pas être plus importantes que nécessaire pour un assemblage correct. Figure 6.4 : Exemple d assemblage à l aide d un levier Lors de l installation de réductions, s assurer de la continuité du fil d eau afin d assurer le bon écoulement des condensats. L utilisation d engins mécanisés pour la mise en place des tubes n est pas nécessaire. Elle est néanmoins conseillée pour faciliter le manchonnage des tubes à partir du DN